能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節的製作方法

2023-04-29 06:02:21

專利名稱：能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節，特別是涉及一種由純鈦
或鈦合金人工關節基體以及負載有微量元素硒和骨形態發生蛋白的微孔鈦酸鈉表面層組成的人工關節及其製備方法，屬於人工關節材料技術領域。
背景技術：
全球每年約有150萬因退變性和炎症性關節炎導致的關節喪失功能患者需進行人工關節置換術。其中金屬材料用作製造人工關節應用最早，而且在目前臨床中的應用也仍最為廣泛。隨著時間的推移和臨床研究表明，金屬材料的人工關節普遍存在人工關節發生鬆動、下沉或折斷等情況，引起骨吸收，是影響人工關節置換遠期療效的主要併發症之一。植入體表面形貌和化學特徵改性被證明是一種提高骨整合的有效手段，是一種可確保骨接觸式種植體穩定性的可靠途徑。 微量元素硒與人體健康有密切關係，是一種人體不可缺少的微量元素，具有重要的生理功能及廣泛的藥理作用。它參與機體抗氧化和能量代謝，產生多方面作用可有助於清除人和動物體內產生的各種親電子自由基；保護細胞的完整性；保護蛋白質和大分子的結構與功能；能抑制致癌物的活力；加速重金屬解毒；剌激免疫球蛋白及抗體的產生，增強機體對疾病的抵抗力以及抗菌消炎等等。特別是其提高免疫力和消炎作用，可在人工關節植入過程中發揮巨大的作用，有效降低植入體附近人體組織的感染。 骨形態發生蛋白(BMP)是廣泛存在於骨基質中的一種低分子糖蛋白多肽，可以作用於間充質細胞表面受體，誘導血管周圍的未分化間充質細胞和骨髓基質細胞轉化為軟骨和骨細胞，具有誘導骨形成的生物特性。在人工關節表面負載骨形態發生蛋白(BMP)，可以顯著提高植入初期人工關節表面誘導成骨的能力。但是BMP易被較快吸收、降解，必須要有合適的載體起到提高其釋放周期的作用。 人體硬組織的主要無機質是鈣磷相，而鈦酸鈉鹽在體液中可以轉變為水合二氧化鈦，使金屬表面原位形成許多Ti-0H基團，從而誘導體液中的鈣、磷沉積，形成磷灰石層(Ceramics International, 1996， 79 (24) :1127-1129)。另外由於鈦酸鈉晶體的特殊結構，使得鈉離子有著很強的交換能力，可以與多種陽離子進行置換，從而進行離子緩釋，加強鈦酸鈉結構層的功能性。同時表面微孔的特殊形貌增大了比表面積，使得鈦酸鈉結構層在負載能力方面得到極大的增強。 製備具有生物活性的鈦酸鈉結構的常用方法是鹼液水熱合成技術。中國專利ZL02117866. 6 "—種製備水合鈦酸鈉鹽以及系列鈦酸鹽納米管的工藝方法"公開了一種基於鹼液水熱合成技術製備鈦酸鈉納米結構的方法，即在密閉容器中使用二氧化鈦粉體或者偏鈦酸粉體與氫氧化鈉溶液進行水熱反應，最終製得具有管狀結構的分散的鈦酸鈉鹽。但該製備方法只能針對製備出分散的鈦酸鹽結構，並沒有涉及金屬基體表面的製備。而鈦酸鈉作為一種極具潛力的生物醫用材料，還很少有應用於人工關節材料技術領域。因此尋找合適的工藝在人工關節金屬基體表面製備具有特殊結構的鈦酸鈉生物活性塗層，並且增強其功能性和負載能力，將越來越受到人工關節材料技術領域的重視。

發明內容
技術問題本發明的目的是針對人工關節上述不足，提出一種具有微量元素硒緩釋功能，並且可以顯著提高植入初期人工關節表面誘導成骨的能力的人工關節及其製備方法。 技術方案這種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節在金屬基體表面有一層採用鹼液水熱合成技術獲得的具有微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層，其表面利用離心負載技術複合有微量元素硒和骨形態發生蛋白(BMP)。具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層與金屬基體結合強度高，由於鈦酸鈉微孔結構交替堆疊生長於基體表面，可抑制金屬基體中有
毒金屬離子的析出，而鈦酸鈉微孔結構具有很好的生物活性並且能促進磷灰石層的沉積生
長，同時微孔結構也是亞硒酸鈉和BMP的理想載體，硒元素摻入後可提高機體免疫力、消炎
能力。BMP可通過離心力作用與毛細管效應的雙重作用深入滲透到微孔鈦酸鈉塗層中，使人
工關節表面BMP的攜帶量大大提高。人工關節植入人體後，其表面BMP釋放周期延長，有利
於BMP誘導成骨作用的充分發揮。 本發明通過以下技術方案加以實現 在這種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節金屬基體表面有一層具有微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層，微孔塗層上進一步複合有微量亞硒酸鈉和骨形態發生蛋白(BMP)。 所述及的具有微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層與金屬基體表面結合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液進行水熱反應生成的鈦酸鈉微孔結構相互交替堆疊而成；所述及亞硒酸鈉和BMP由離心負載技術複合於微孔結構塗層中。
其製備的步驟如下 1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工關節； 2)把人工關節進行表面預處理，通過物理打磨拋光以及清洗，然後在水熱條件下獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層； 3)將具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層的人工關節置於由微量亞硒酸鈉以及骨形態發生蛋白和磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液中，利用離心負載技術進行表面負載後，取出。 4)將上述取出人工關節用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得本發明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節。 所述的水熱處理採用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時間為4 200小時，處理溫度為60 180攝氏度；所述的離心負載技術，採用濃度為5X 10—3 2X 10—2mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，工作轉速2000 80000rpm，工作時間5 30min，工作溫度4 40°C 。
有益效果 (1)硒元素具有多種生物學效應，本發明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節由純鈦或鈦合金人工關節基體以及負載有微量亞硒酸鈉和骨形態發生蛋白的微孔鈦酸鈉表面層組成。硒元素摻入後可提高機體免疫力、消炎能力。
(2)人工關節表面鈦酸鈉生物活性層與金屬基體結合強度高，並具有理想的微孔結構，並可作為"晶核基面"促進磷灰石層的沉積生長；微孔結構是亞硒酸鈉和BMP理想的載體，既具有消炎等有益作用又有利於BMP誘導成骨作用的充分發揮。


圖1為本發明人工關節表面具有微孔結構的鈦酸鈉表面層形態的掃描電鏡(SEM)照片； 圖2是本發明人工關節表面具有微孔結構的鈦酸鈉表面層的X射線衍射(XRD)譜。
具體實施方式
實施例1 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關節； (2)人工關節表面水熱處理將人工關節打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸
餾水超聲清洗，採用濃度為10mol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度120攝氏
度，處理時間為6小時，在人工關節表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層； (3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的鈦酸鈉生物活性
塗層的人工關節固定於離心筒內，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨
形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以
6000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出； (4)將上述取出人工關節用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得
本發明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節。
實施例2 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關節； (2)人工關節表面水熱處理將人工關節打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸
餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度120攝氏
度，處理時間為6小時，在人工關節表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層； (3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的鈦酸鈉生物活性
塗層的人工關節固定於離心筒內，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨
形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以
8000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出； (4)將上述取出人工關節用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得
本發明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節。
實施例3 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關節； (2)人工關節表面水熱處理將人工關節打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度150攝氏度，處理時間為72小時，在人工關節表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層，其SEM照片和XRD譜分別見圖l和圖2 ;
(3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的鈦酸鈉生物活性 塗層的人工關節固定於離心筒內，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨 形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以 6000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出；
(4)將上述取出人工關節用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得
本發明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節。
實施例4 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工關節； (2)人工關節表面水熱處理將人工關節打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度150攝氏 度，處理時間為72小時，在人工關節表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層；
(3)微量亞硒酸鈉和BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的鈦酸鈉生物活性 塗層的人工關節固定於離心筒內，倒入5X10—3mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨 形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以 8000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持工作溫度4 40。C，取出；
(4)將上述取出人工關節用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得 本發明能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節。 顯然，本發明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發明所作的舉例，而並非是對 本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，還可在上述說明的基礎上 做出其它不同形式的變化或變動，這裡無需也無法對所有實施方式予以窮舉，而這些屬於 本發明的精神所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍內。
權利要求
一種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節，其特徵在於，所述的能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節由純鈦或鈦合金人工關節金屬基體以及負載有微量亞硒酸鈉和骨形態發生蛋白(BMP)的具有微孔結構的鈦酸鈉表面層組成，所述及的具有微孔結構的鈦酸鈉表面層與金屬基體結合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應生成的鈦酸鈉微孔結構相互交替堆疊而成。所述及能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節製備方法按如下步驟進行1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工關節；2)把人工關節表面打磨拋光，然後採用鹼液水熱合成技術在其表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性層；3)最後採用離心負載技術在微孔鈦酸鈉層內負載微量亞硒酸鈉和骨形態發生蛋白。
2. 根據權利要求1所述的能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節的製備方法，其特徵 在於所述及的鹼液水熱合成技術，採用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時間為4 200小時，處理溫度為60 180攝氏度。
3. 根據權利要求1所述的能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節的製備方法，其特徵 在於所述及的離心負載技術具體操作為將表面具有微孔鈦酸鈉生物活性層的人工關節置 於離心機中，倒入濃度為5X 10—3 2X 10—2mol/L的亞硒酸鈉以及0. 1 50mg/L的骨形態 發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以2000 80000rpm的離心速度工作5 30min，其間保持工作溫度為4 40°C 。
全文摘要
本發明是一種能緩釋微量元素硒的生物活性人工關節，這種人工關節由純鈦或鈦合金人工關節基體以及負載有微量亞硒酸鈉和骨形態發生蛋白(BMP)的微孔鈦酸鈉表面層組成。所述及的具有微孔結構的鈦酸鈉層生物活性層與金屬基體表面結合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應生成的鈦酸鈉微孔結構相互交替堆疊而成，微量亞硒酸鈉和BMP通過離心力與毛細管作用複合於微孔結構中。製備的方法為首先選用純鈦或鈦合金加工好人工關節；然後採用鹼液水熱合成技術在鈦人工關節表面獲得具有微孔結構的鈦酸鈉層；最後採用離心負載技術在微孔鈦酸鈉層內負載亞硒酸鈉和骨形態發生蛋白。
文檔編號A61L27/56GK101732762SQ20101001710
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月1日 優先權日2010年1月1日
發明者儲成林, 盛曉波 申請人:東南大學